本文關(guān)鍵詞：熱電偶高精度檢測(cè)電路與信號(hào)處理方法研究

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【摘要】：溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究中最普通、最重要的參數(shù)之一,其檢測(cè)方法已得到較為完善的發(fā)展。但是隨著高分子材料、復(fù)合材料以及生物技術(shù)的快速發(fā)展和深入研究,涉及的熱分析與量熱儀器、熱物性測(cè)試儀器以及相關(guān)計(jì)量爐等儀器對(duì)溫度的檢測(cè)范圍和檢測(cè)精度提出了越來越高的要求。研究面向科學(xué)儀器的寬范圍、高精度、快速溫度檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù),為我國(guó)科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展提供重要的技術(shù)支撐。熱電偶成本低廉,在寬范圍工業(yè)測(cè)溫領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,論文選取N型熱電偶作為測(cè)溫傳感器,設(shè)計(jì)了總體檢測(cè)方案,其具體研究?jī)?nèi)容如下:針對(duì)熱電偶微弱的輸出信號(hào),設(shè)計(jì)了具有低通濾波和16倍放大的信號(hào)調(diào)理電路與基于24位的Δ-Σ型ADC的高精度信號(hào)采集電路;針對(duì)恒流源重復(fù)性和一致性差的問題,設(shè)計(jì)了基于比率法和恒流源換向的三線制鉑電阻檢測(cè)電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)熱電偶準(zhǔn)確的冷端補(bǔ)償;定量分析了溫漂對(duì)系統(tǒng)信號(hào)采樣的影響,并優(yōu)化電路設(shè)計(jì)減小了溫漂對(duì)結(jié)果的影響。在數(shù)據(jù)處理方面,采用去極值濾波結(jié)合滑動(dòng)平均濾波的方法,有效濾除系統(tǒng)的噪聲干擾;結(jié)合二分法和曲線擬合法設(shè)計(jì)熱電偶電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為溫度的算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)溫精度和速度的要求。針對(duì)工業(yè)熱電偶準(zhǔn)確度和一致性差的問題,設(shè)計(jì)了自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng),提高標(biāo)定的效率。對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行了電學(xué)參數(shù)和溫度的測(cè)試,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用N型熱電偶實(shí)現(xiàn)了在0~700℃范圍內(nèi)±0.7℃的準(zhǔn)確度、0.07℃的精密度和0.005℃的溫度分辨力,在溫度相關(guān)測(cè)試儀器方面具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：高精度溫度測(cè)量 熱電偶 冷端補(bǔ)償 信號(hào)處理
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH811
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 緒論14-20
• 1.1 論文的研究背景及意義14-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 溫度測(cè)量方法簡(jiǎn)介16-17
• 1.2.2 接觸式測(cè)溫方法17-18
• 1.2.3 熱電偶測(cè)溫現(xiàn)狀18-19
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)19
• 1.4 本章小結(jié)19-20
• 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及重要器件選型20-27
• 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)20
• 2.2 熱電偶選型20-23
• 2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶類型比較及選擇20-21
• 2.2.2 熱電偶性能評(píng)估21-23
• 2.3 冷端補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)23-25
• 2.3.1 冷端補(bǔ)償原理及分析23-24
• 2.3.2 鉑電阻選型24-25
• 2.4 A/D規(guī)格參數(shù)分析25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 3 硬件電路設(shè)計(jì)27-37
• 3.1 電源部分設(shè)計(jì)27-29
• 3.1.1 供電電源部分設(shè)計(jì)27-28
• 3.1.2 偏置電壓和基準(zhǔn)電壓部分設(shè)計(jì)28-29
• 3.2 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)29-32
• 3.2.1 熱電偶信號(hào)采樣部分設(shè)計(jì)29-30
• 3.2.2 熱電偶冷端補(bǔ)償部分設(shè)計(jì)30-32
• 3.3 溫漂對(duì)系統(tǒng)測(cè)溫的影響分析32-35
• 3.3.1 溫漂對(duì)冷端補(bǔ)償部分測(cè)量的影響33-34
• 3.3.2 溫漂對(duì)熱電偶信號(hào)測(cè)量的影響34-35
• 3.4 ATmega128單片機(jī)電路設(shè)計(jì)35-36
• 3.5 PCB設(shè)計(jì)36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 4 溫度測(cè)量算法及程序設(shè)計(jì)37-48
• 4.1 信號(hào)預(yù)處理37-38
• 4.2 鉑電阻電阻值轉(zhuǎn)換為溫度的算法設(shè)計(jì)38-40
• 4.2.1 插值法38-39
• 4.2.2 反函數(shù)法39-40
• 4.3 基于二分法的熱電偶電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換溫度算法設(shè)計(jì)40-46
• 4.3.1 傳統(tǒng)的電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換溫度算法40-41
• 4.3.2 算法思路及實(shí)現(xiàn)41-44
• 4.3.3 算法測(cè)試數(shù)據(jù)44-46
• 4.4 系統(tǒng)下位機(jī)程序設(shè)計(jì)46-47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 5 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析48-59
• 5.1 熱電偶自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-51
• 5.1.1 設(shè)計(jì)目的48
• 5.1.2 標(biāo)定系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)48-49
• 5.1.3 溫度標(biāo)定軟件設(shè)計(jì)49-51
• 5.2 電學(xué)參數(shù)測(cè)試51-53
• 5.2.1 電阻阻值測(cè)試52-53
• 5.2.2 電壓值測(cè)試53
• 5.3 溫度測(cè)試53-56
• 5.3.1 冷端鉑電阻溫度測(cè)試53-54
• 5.3.2 熱電偶溫度測(cè)試54-56
• 5.4 誤差分析56-57
• 5.4.1 冷端補(bǔ)償部分信號(hào)采樣誤差56
• 5.4.2 熱電偶信號(hào)采樣誤差56-57
• 5.4.3 算法轉(zhuǎn)換的誤差57
• 5.4.4 傳感器引入的誤差57
• 5.5 本章小結(jié)57-59
• 6 總結(jié)和展望59-61
• 6.1 總結(jié)59
• 6.2 存在的不足及后期展望59-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 附錄A63-64
• 附錄B64-65
• 作者簡(jiǎn)歷65

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